GPS yra navigacijos technologija, kuri, naudojant palydovus, nurodo tikslią informaciją apie vietą. Iš esmės GPS sistemą sudaro palydovų grupė ir gerai išvystyti įrankiai, tokie kaip imtuvas. Tačiau sistemą turėtų sudaryti bent keturi palydovai. Kiekvienas palydovas ir imtuvas turi stabilų atominį laikrodį. Palydoviniai laikrodžiai sinchronizuojami tarpusavyje ir antžeminiai laikrodžiai. GPS imtuvas taip pat turi laikrodį, tačiau jis nėra sinchronizuotas ir nėra stabilus (mažiau stabilus). Bet koks faktinio palydovų laiko nuokrypis nuo žemės laikrodžio turėtų būti taisomas kasdien. Iš sinchronizuoto palydovų tinklo ir imtuvo reikia apskaičiuoti keturis nežinomus dydžius (tris koordinates ir laikrodžio nuokrypį nuo palydovo laiko).GPS imtuvo darbas yra priimti signalus iš palydovų tinklo, kad būtų apskaičiuotos trys pagrindinės nežinomos laiko ir padėties lygtys.
GPS signalas apima pseudo atsitiktinius kodus, perdavimo laiką ir palydovo padėtį tuo metu. GPS transliuojamas signalas dar vadinamas nešlio dažniu su moduliacija. Be to, pseudo atsitiktinis kodas yra nulių ir vienetų seka. Praktiškai imtuvo padėtis ir imtuvo laikrodžio poslinkis, palyginti su imtuvo sistemos laiku, apskaičiuojami vienu metu, naudojant navigacijos lygtis apdorojant skrydžio laiką (TOF). TOF yra keturios vertės, kurias imtuvas suformuoja naudodamasis signalo atvykimo ir perdavimo laiku. Vieta paprastai konvertuojama į platumą, ilgumą ir aukštį, palyginti su geoidais (iš esmės, vidutinis jūros lygis). Tada ekrane rodomos koordinatės.
GPS elementai
GPS struktūra yra sudėtinga. Ją sudaro trys pagrindiniai kosminio segmento segmentai, valdymo segmentas ir vartotojo segmentas. Palydovo paleidimas į vidutinės žemės orbitą yra sunkus darbas. Kosminį segmentą sudaro 24–32 palydovai arba kosminės transporto priemonės, esančios toje pačioje orbitoje, po 8 - po tris žiedines orbitas. Mažiausiai šeši palydovai visada yra matomoje vietoje beveik iš visų žemės paviršiaus vietų.
Šalia kosmoso segmento yra valdymo segmentas. Valdymo segmente yra pagrindinė valdymo stotis, pakaitinė pagrindinio valdymo stotis, antenos antžeminė ir monitoriaus stotis. Vartotojų segmentą sudaro tūkstančiai civilinės, komercinės ir karinės padėties nustatymo tarnybos. GPS imtuvą arba įrenginį sudaro antena, suderinta per palydovų perduodamą dažnį. Tai taip pat apima ekraną, kuriame pateikiama vieta ir laikas.
GPS imtuvas klasifikuojamas pagal palydovų, kuriuos jis gali stebėti vienu metu, skaičių, tai yra kanalų skaičių. Imtuvai paprastai turi nuo keturių iki penkių kanalų, tačiau naujausi pasiekimai parodė, kad taip pat buvo sukurta iki 20 kanalų.
Palydovo dažnis: visi palydovinės transliacijos dažniai. Dažnių juostą sudaro penki tipai, tokie kaip L1, L2, L3, L4 ir L5. Šių juostų dažnių diapazonai yra nuo 1176 MHz iki 1600 M Hz.
Kaip veikia GPS
GPS palydovai sukasi aplink Žemę du kartus per dieną. Jis sukasi labai tiksliai ir siunčia žemei nuorodas bei informaciją. GPS imtuvai gauna visą informaciją ir taiko trikampį, kad nustatytų tikslią vartotojo vietą. Iš esmės GPS imtuvas kontrastuoja laiką, per kurį palydovas skleidžia signalą, ir paskirsto jo priėmimo laiką. Laiko skirtumas apibrėžia, kiek imtuvas yra nutolęs nuo GPS palydovų. Jis matuoja tikslų atstumą su keletu kitų palydovų, o imtuvas nustato vartotojo padėtį ir parodo ją elektroninio prietaiso žemėlapyje.
Imtuvas turi būti užfiksuotas prie signalo mažiausiai trimis palydovais, kad būtų sukurta dviejų matmenų padėtis ir stebima vartotojo judėjimas. Naudodamas keturis ar daugiau palydovų, imtuvas gali nustatyti trijų matmenų vartotojo padėtį, kurią sudaro aukštis, platuma ir ilguma. Nustačius vartotojo padėtį, GPS įrenginys apskaičiuoja kitą informaciją, pvz., Greitį, guolį, kelią, atstumą, kelionės tikslą, saulėtekį ir saulėlydžio laiką.
Kiek tikslus GPS?
GPS imtuvai yra labai tikslūs dėl lygiagrečios daugiakanalės konstrukcijos. Lygiagrečiai kanalai yra labai greiti ir tikslūs, nors tam tikri veiksniai, tokie kaip atmosferos triukšmas ir trikdžiai, kartais gali sutrikdyti ir paveikti GPS imtuvų tikslumą.
Vartotojai taip pat gali patobulinti tikslumą naudodami diferencialinį GPS (DGPS), kuris koreguoja GPS signalus, kad būtų apsuptas įprasto trijų iki penkių metrų atstumo. JAV pakrančių apsaugos tarnyba teikia dažniausiai pasitaikančią DGPS korekcijos tarnybą. Sistemoje yra bokštų išdėstymas, kurie gauna GPS signalus ir perduoda tikslų signalą švyturiniais siųstuvais. Norėdami gauti tikslų signalą, vartotojai, be GPS, turi turėti diferencinį švyturio imtuvą ir švyturio anteną.
GPS signalo klaidų šaltiniai
Veiksniai, kurie gali sugadinti GPS signalų tikslumą ir taip paveikti tikslumą, yra šie:
- Ionosferos ir troposferos vėlavimas - palydovo signalas sulėtėja, kai jis kerta atmosferos sluoksnius. GPS sistema naudoja įmontuotą modelį, kuris naudojamas apskaičiuojant įprastą trukdžių trukmę, reikalingą šio tipo netikslumams ištaisyti.
- Signalo daugialypis kelias - ši klaida įvyksta, kai signalas atsispindi iš tokių objektų kaip aukštesni pastatai ir didesnės uolienos, kol jis pasiekia imtuvą. Tai padidina bendrą signalo judėjimo trukmę ir sukelia klaidų bei netikslumų.
- Orbitos klaidos - šios klaidos taip pat žinomos kaip efemerio klaidos, kurios naudojamos palydovo vietos netikslumams apskaičiuoti.
- Matomų palydovų skaičius - tikslumas priklauso nuo tikslaus palydovų, kuriuos gali pamatyti GPS imtuvas, skaičiaus. Tokie veiksniai kaip pastatai, reljefas, elektroniniai trukdžiai blokuoja signalo tikslumą ir priėmimą, dėl kurio padėtis pakinta, o signalai kartais nesiskaito. Paprastai jis neveikia patalpose, po vandeniu ir po žeme.
Programos
GPS mašina plačiai žinoma ne tik karinėms reikmėms, bet ir naudojama civilinėse ir komercinėse tarnybose. Kai kurios civilinės programos yra:
1. Astronomija: naudojama atliekant astronomijos ir dangaus mechanikos skaičiavimus.
2. Automatizuotos transporto priemonės: jis taip pat naudojamas automatinėse transporto priemonėse (be vairuotojo transporto priemonėse) lengviesiems automobiliams ir sunkvežimiams pritaikyti.
3. Korinio telefonija: Šiuolaikiniuose mobiliuosiuose telefonuose yra GPS sekimo programinė įranga. Jis yra todėl, kad galima žinoti savo padėtį ir sekti netoliese esančias komunalines paslaugas, tokias kaip bankomatai, kavinės, suvaržymai ir kt. Pirmasis GPS, įgalinantis mobilųjį telefoną, buvo paleistas 1990 m. Korinio ryšio telefonijoje jis taip pat naudojamas aptikti skubios pagalbos iškvietimams ir daugeliui kitų programų.
4. Pagalba nelaimių atveju ir kitos pagalbos tarnybos: Gaivalinės nelaimės atveju GPS yra geriausias įrankis vietai nustatyti. Dar prieš katastrofas, pvz., Ciklonus, GPS padeda apskaičiuoti numatomą laiką.
5. Laivyno stebėjimas: GPS yra kūrėjo įrankis, žinomas dėl savo galimybių sekti karinius laivus karo metu.
6. Automobilio vieta: GPS įgalintas automobilis leidžia lengviau sekti jo buvimo vietą.
7. Geografinis aptvėrimas: geografiniame aptvėrime mes naudojame GPS sekdami žmogų, gyvūną ar automobilį. Įrenginys pritvirtintas prie transporto priemonės, asmens arba ant gyvūno antkaklio. Tai užtikrina nuolatinį stebėjimą ir atnaujinimą.
8. Geografinis žymėjimas: viena iš pagrindinių programų yra geografinis žymėjimas, reiškiantis vietinių koordinačių taikymą skaitmeniniams objektams.
9. GPS kasybai: naudojamas centimetrų lygio padėties nustatymo tikslumas.
10. GPS turai: padeda nustatyti netoliese esančių lankytinų vietų vietą.
11. Apklausa: Žemėtojai žemėlapiams braižyti naudojasi pasauline padėties nustatymo sistema.